iNature - Cell | 終於搞清楚了！中國科學院張宏團隊發現鈣離子信號在自噬體起始位點的形成起重要作用－鑽石舞台

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多細胞生物在內質網上啟動自噬體形成的機制尚不清楚。

2022年10月4日，中國科學院生物物理研究所張宏團隊在Cell在線發表題為「Calcium transients on the ER surface trigger liquid-liquid phase separation of FIP200 to specify autophagosome initiation sites」的研究論文，該研究發現自噬刺激觸發內質網膜外表面的Ca2+瞬變，其振幅、頻率和持續時間由後生動物特異性內質網跨膜自噬蛋白EPG-4/EI24控制。

在EI24耗盡的細胞中，胞質ER表面持續的Ca2+瞬變/振盪導致FIP200自噬體啟動複合體在ER上積累。這種缺陷被衰減的ER Ca2+瞬變抑制。多模態SIM分析顯示，ER上的Ca2+瞬變觸發了動態和易融合的液體樣FIP200點陣的形成。飢餓誘導的溶酶體上的Ca2+瞬變也誘導FIP200靶進一步移動到ER。ER上的多個FIP200點(依賴於ER蛋白VAPA/B和ATL2/3)組裝成自噬體形成位點。因此，Ca2+瞬變對於觸發FIP200的相分離以指定後生動物中的自噬體起始位點至關重要。

自噬包括雙膜自噬體的形成，並將其運送到液泡(酵母和植物)/溶酶體中降解隔離的物質。自噬體形成的核心步驟是隔離膜(IM)的起始和成核以及隨後的膨脹和閉合成為自噬體。酵母自噬體產生於自噬體前結構(PAS)，通常在每個細胞中產生一個，附着在液泡膜上，而自噬體在多細胞生物的ER上的多個位點同時啟動。在酵母中發現的一組自噬相關(ATG)基因作用於自噬體形成的不同步驟。

自噬誘導後，Atg17/Atg13/Atg1複合物靶向液泡膜，隨後囊泡聚集包含跨膜(TM)蛋白Atg9和Vps34複合物，IM啟動。Atg9囊泡與IM結合，為IM的起始和擴展提供膜源。在IM中，Atg9進一步招募下游自噬蛋白，介導ER與IM末端接觸的形成，並作為scramblase 移動脂質。在哺乳動物細胞中，自噬誘導後，FIP200/ATG13/ULK1複合體(Atg1複合體的對應物)和ATG9囊泡首先靶向於ER。VPS34複合體隨後被招募用於後續的IM啟動。在擴展過程中，整個IM與ER形成動態接觸。

ATG9囊泡與哺乳動物細胞中的IM相互作用但不合併。多細胞生物需要自噬蛋白，這些蛋白在酵母的自噬中不存在或不參與。內質網整體膜蛋白VAPA/B (VAPs)和Atlastin 2/3 (ATLs)促進和穩定FIP200複合物與內質網的結合。在線蟲中的遺傳篩選還發現了兩個後生動物特有的ER TM蛋白，EPG-3/VMP1和EPG-4/EI24，這是自噬所必需的。在ER上觸發自噬體啟動的FIP200複合體組裝的信號仍然是一個謎。

文章模式圖（圖源自Cell ）

Ca2+是細胞中多功能的第二信使。胞質Ca2+信號以梯度、sparks、瞬態、振盪和波的形式顯示時空異質性。不同的亞細胞隔間含有不同水平的Ca2+。靜息條件下，胞漿內游離Ca2+濃度約為10-100 nM，內質網腔內游離Ca2+濃度約為500 - 800 μM，晚期核內體/溶酶體中游離Ca2+濃度約為500 μM。這些Ca2+水平是由Ca2+通道和泵建立和維持的。

內質網Ca2+穩態是通過從內質網腔釋放Ca2+到細胞質的通道實現的，包括IP3Rs, RyRs和各種泄漏通道(如Sec61複合物)，以及將Ca2+返回內質網的機制，如SERCA泵和SOCE。不同腔室產生的Ca2+信號在膜接觸部位相互連接，以響應各種刺激。例如，溶酶體Ca2+釋放可以進一步激活ER定位的IP3Rs和/或RyRs，以喚起額外的胞質Ca2+峰值。

胞質和ER存儲Ca2+濃度的變化通過不同的機制整合到核心自噬機制中，以調節自噬活性。快速Ca2+螯合劑BAPTA-AM阻斷了哺乳動物細胞中基礎的和誘導的自噬，這表明某種形式的Ca2+信號對自噬至關重要。然而，這種Ca2+信號的性質仍然完全未知。本研究表明，自噬刺激在哺乳動物細胞中誘導內質網膜外表面的Ca2+瞬變，然後觸發液體樣FIP200點的形成，用於自噬體啟動複合體在內質網上的組裝。

參考消息：

https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(22)01123-0#%20

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